某大厦基坑工程设计毕业设计

毕业设计某大厦基坑工程设计摘要本设计资料中给出地基土层主要由素填土、淤泥质杂填土、粉质粘土、圆砾构成。地形为坡地，由人工推填平整，场地较平整。原始地貌为侵蚀性堆积岗地。由于东侧为工商局宿舍，楼高六层，其最近距离为5.6m，西侧为马路，最近距离为6.5m，其余两侧为空地，且出于减少施工对其东侧建筑物造成较大影响，减小施工噪声，降低造价费，尽量缩短工期等原因考虑，主体基坑支护采用分两侧（BC侧和AB、AD、DC侧）采用不同的支护体系支护：BC侧是钻孔灌注桩加锚杆的支护体系，采用钻孔灌注桩的基坑开挖深度为10m，总桩长14m；（AB、AD、DC）侧是土钉墙支护，基坑开挖深度10m。土层锚杆作为一种新兴科学，将会更广泛地运用到工程实践中，其具有较高的科学性、使用性，且施工方便，不占场地。设计的主要内容有支护方案的选择、钻孔灌注桩的设计与计算、土钉及锚杆的计算、基坑整体稳定性验算。关键词：深基坑支护；土钉墙；钻孔灌注桩；锚杆支撑目录HYPERLINK\l"_Toc200782318"第1章设计任务说明第一章设计任务说明1.1基本资料1.1.1基坑周边环境条件基坑西侧为马路，最近距离为6.5m。东侧为工商局宿舍，楼高六层，其最近距离为5.6m。人工推填平整，场地较平整。地面标高为67.9m，基坑挖深10m。图1基坑平面图1.1.2岩土层分布特征根据地质勘察资料，在A-B-C-D段主要分布的土层如下：（1）杂填土（Qm1）：褐灰至褐红色，以粘性土为主，含大量砖块及碎石生活垃圾，人工填积，结构松散，不含地下水，湿。埋深1.00~1.11m，层厚1.20~4.00m，层底标高66.70~66.80m。（2）素填土eq\o\ac(○,2)（Qm1）：褐红色，以粘性土为主，含少量砖块及碎石。人工新近填积，未完成自重固结，结构松散，不含地下水，湿。埋深0.00~1.10m，层厚1.20~4.00m，层底标高63.10~66.70m。（3）淤泥质杂填土eq\o\ac(○,3)（Qa1）：褐灰至灰黑色，含大量碎石及生活垃圾腐烂物，具臭味，含地下水，软塑状，易变形，很湿。埋深1.80~4.00m，层厚0.70~2.90m，层底标高63.10~64.10m。（4）粉质粘土eq\o\ac(○,4)（Qa1）：褐黄至褐红色，含少量灰白色团状高岭土及铁锰氧化物，裂隙发育，摇震无反应。土状光泽，干强度一般，顶部受水浸泡严重。硬塑，中密，稍湿。埋深0.00~4.70m，层厚2.10~6.70m，层底标高60.30~62.00m。（5）圆砾eq\o\ac(○,5)（Qa1）：黄至黄褐色，以石英硅质岩碎屑为主。含少量砂粒及粘性土，胶结一般。粗颗粒呈圆状，中风化。粒径Ø>20mm占35%，5~20mm占25%，粘性土占5%，富含地下水，中密饱和。埋深5.00~7.60m，层厚4.50~5.30m，层底标高55.80~56.70m。（6）粘土eq\o\ac(○,6)（Qa1）：紫红色，由下伏基岩风化残积而成，含少量斑状灰白色高岭土及石英粉砂、云母碎屑，裂隙发育，土状光泽，摇震无反应。干强度一般，可塑，中密，湿。（7）强风化粉砂质泥岩eq\o\ac(○,7)（K）：紫红色，粉砂泥质结构，层状构造，以泥质成分为主，石英粉砂为次，岩石风化强烈，裂隙发育，裂面见铁锰氧化膜，浸水易软化，干燥易散碎，顶部风化呈土状。坚硬，致密，稍湿。埋深12.50~13.20m，层厚2.00~3.70m，层底标高51.50~53.10m。（8）中风化粉砂质泥岩eq\o\ac(○,8)（K）：紫红色，粉砂泥质结构，以泥质成分为主，石英粉砂为次，见云母小片，岩芯表面见绿泥石斑块，偶见石膏细脉充填于裂隙中，岩石较完整，裂隙较发育，局部夹泥岩透镜体，分布无规律。浸水易软化，干燥易碎裂。坚硬，致密，稍湿。埋深14.80~16.40m，层厚2.40~9.80m，层底标高43.10~49.70m。地下水位简况：场地主要见上层滞水及潜水。上层滞水主要赋存于素填土eq\o\ac(○,2)和淤泥质杂填土eq\o\ac(○,3)中，受大气降水及地表水的补给，季节性变化明显；潜水主要赋存于圆砾eq\o\ac(○,5)中，受同层地下水补给。测得初见水位0.30~7.00m，相应标高60.90~67.60m，测得静止水位0.40~2.50m，相应标高65.40~67.40m。场地地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。图2岩土层分布图1.1.3基坑侧壁安全等级及重要性系数丝绸大厦基坑安全等级为一级，基坑重要性系数γ0=1.0。1.1.4设计依据（1）地质勘察报告及相关资料;（2《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）；（3）《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）；（4）《岩土工程预决算指南》；（5）《深基坑工程》；（6）《深基坑工程设计施工手册》；（7）《深基坑支护设计与施工》；（8）《工程概预算》；（9）《基坑工程手册》等。第二章支护体系方案的选择2.1常见支护体系的类型及其特点和适用范围放坡开挖：适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，位移控制五严格要求，价钱最便宜，回填土方较大。深层搅拌水泥土围护墙：深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。高压旋喷桩：高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩,但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少,并且施工机具的振动很小,噪音也较低,不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害,它可用于空间较小处,但施工中有大量泥浆排出,容易引起污染。对于地下水流速过大的地层,无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质,由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固,均不宜采用该法。槽钢钢板桩：这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6～8m,型号由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。钢筋混凝土板桩：钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm以上)的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。钻孔灌注桩：钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7～15m的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8～9m的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。地下连续墙：通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。土钉墙：土钉墙是一种边坡稳定式的支护,其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。SMW工法：SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等),将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。2.2基坑支护方案的确定本工程地下水位较高，基坑开挖深度为10米，且BC侧由于距离建筑物较近（5.6m），严格按照《建筑基坑支护设计规程》（JGJ120—99）、《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）、《深基坑支护设计与施工》中的有关要求进行。经过详细的分析后认为：本设计基坑支护方案，在满足基坑土方开挖、地下室结构施工及周围环境保护对基坑支护结构的要求，符合“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则。基坑分为（AB、CD、AD）和BC两个计算区段，由于BC区段距离建筑物较近，为减少施工对其东侧建筑物造成较大影响，减小施工噪声，降低造价费用则采用钻孔灌注桩与锚杆支撑，（AB、CD、AD）区段周边环境较为宽松，在考虑地质、造价、工期等方面综合原因后，可采用土钉墙支护。BC断面的围护结构设计与计算3.1土压力系数计算按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即：主动土压力系数：被动土压力系数：3.2支护结构设计计算该段为基坑东侧B-C段，采用钻孔灌注桩加两道锚杆进行施工，取桩径为0.8m，两桩之间的距离取1.5m。结构外侧地面附加荷载q取10kPa。表3.1各土层系数表序号图层名称层厚（m）粘聚力C（）内摩擦角φ（）重度（）KaKp1粉质粘土6.71223180.4382.2832圆砾4.8040200.2174.63粘土1.52015200.5891.6984强风化粉砂质泥岩岩31520230.4062.4645强风化粉砂质泥岩岩52430250.33333.2.1侧向土压力计算1、第一阶段挖土深3.5m，并在-3m标高处设立锚杆按朗肯理论计算主动与被动土压力强度，其公式如下：其中：——朗肯主动土压力强度（）——地面均匀荷载（）——第层土的重度（）——第层土的厚度（）——朗肯主动土压力系数；（1）求第一层土的主动和被动土压力（2）求开挖面下土压力为0点（3）求O点开挖面以上土压力（4）求o以上作用在桩上土压力对o点的力矩：（5）桩在d下嵌故深度t假设支座d处的反力需要桩长度,则桩长取6m2、第二阶段挖土深6.7m，并在-6m标高处设立锚杆（1）求第一层土的主动和被动土压力（2）求开挖面下土压力为0点（3）求O点开挖面以上土压力（4）求o以上作用在桩上土压力对o点的力矩：图3.2开挖第二阶段土压力分布简图（5）计算支撑反力支撑到d点距离支撑反力假设支座d处的反力（6）桩在d下嵌故深度t需要桩长度,则桩长取10m3、第三阶段挖土深10mm土压力系数采用加加权平均计算算，开挖面范范围内土体力力学指标加权权平均值为：：（1）土压力计算0m处：10m处上：10m处下：土压力为0的距开开挖面的d点深度：d以上对桩的土压力力的合力：d以上作用在桩上土土压力对d点的力矩：：图3.3开挖第第三阶段土压力力分布简图（2）计算支撑反力：第一层支撑到d点点距离：第二层支撑到d点点距离：第一层支撑反力取取第一层挖土土时的值：第二层支撑反力值值假设支座d处的反反力：（3）桩在d下嵌故深深度t需要桩长度,则桩桩长取14m（4）桩强度验算桩上剪力为0的位位置距地面以以下y处3.3锚杆的设设计3.3.1锚杆杆承载力的计计算（1）本工程采用两层层锚杆，水平平间距一般取取（1.5~44.5）m，此处为1..5m；倾角（2）由前面的计算可可以知道，锚锚杆的水平力力是，（3）由可得：（4）锚杆自由段长度度的计算：图3.4锚杆自自由段长度计计算简图O为土压力零点，OOE为假想滑裂裂面，锚杆AD与水平线AC夹角，AB为非锚固段段，可由几何何关系得：因为小于5m，而而规范规定锚锚杆自由端长长度不得小于于5m，为了结构构的稳定，这这里我们取两两道锚杆的自自由段都为6m（5）锚杆的锚固段长长度的计算：：圆柱形水泥压浆锚锚杆的锚固段段长度按下式式计算：其中：——锚固段直径，可取取钻头直径的的1.2倍；——锚固安全系数，取取=1.5，当使用年年限超过两年年或周围环境境要求较高时时取=2.0；——土层锚杆设计轴向向拉力，即按按挡墙计算得得到的锚拉力力；——锚固体与土层之间间的剪切强度度，可按各地地积累的经验验取用，也可可以按照公式式其中C——土体的粘聚聚力；——锚固段中点的上覆覆压力；——锚固段与土体之间间的摩擦角，通通常取=。当采用二二次压注浆时时，取，其中中为土体的固固结块剪的内内摩擦角峰值值。在本工程中，取，，；由于工程中采用的的是直径120mm的钻孔机械械，则暂设第一层锚杆锚锚固段长5mm,第二层锚杆杆锚固段长10m，则两层锚锚杆锚固段中中点埋深各为为：剪切强度度各为：所以得：由于锚固段长度不不应小于4m，所以L1取5m，L2取12m土层锚杆总长度各各为：（7）土层锚杆截面积积和配筋的计算算：土层锚杆截面积可可以按照下式式计算：其中A——锚锚杆的截面积积；——土层锚杆设计轴向向拉力；——安全系数，取1..3；——锚杆材料的设计标标准强度值。则根据实际情况，，，钢筋在此用HRB335的钢筋，则=300所以带入数据得：：选用选用3.4桩的配筋3.4.1桩桩体的配筋计计算方法将圆形桩体化为长长方形的墙体体，然后采用用双面对称配配筋方法配筋筋，灌注桩直径径为800mm，混凝土为C30，受力钢筋筋，分布钢筋筋均采用Ⅱ级钢筋。综综合安全系数数K=1.4，将直径为为800mm的圆形桩体体化为宽8000mm，墙厚h的墙体。解得h=700..8mm,取墙厚h=7100mmC30混凝土的，Ⅱ级钢筋的设设计强度。墙最大弯矩墙厚7710mm，保护层为为40mm，混凝土为C30，受力钢筋筋，分布钢筋筋均采用Ⅱ级钢筋。墙最大弯矩,采用用双面对称配配筋(1)(2))——桩的最大弯矩（）——纵向钢筋横截面积积（）（），——混凝土强度设计值值（）——钢筋强度设计值（）由（1）式可知由（2）式可得总面积根据《简明深基坑坑工程设计施施工手册》[13]钻孔灌注桩桩的最小配筋筋率为％，故故所以实配钢筋，钢钢筋按一排均均匀布置。3.4.2构造造配筋根据《简明深基坑坑工程设计施施工手册》[[13]有：钢箍宜宜采用螺旋筋筋，间距一般般为，每隔应布置置一跟直径不不小于的焊接接加强箍筋，以以增加钢筋笼笼的整体刚度度，有利于钢钢筋笼吊放和和浇灌水下混混凝土时整体体性.钢筋笼的配筋量由由计算确定，钢钢筋笼一般离离孔底200~5500mm。因此在本基坑设计计中:采用的螺旋筋筋为箍筋，另另外每隔布置置一根的焊接接加强箍筋（即即定位筋）3.5冠梁设计计由于本工程采用钻钻孔灌注桩作作为支护结构构,为了提高支支护体系的稳稳定性形成闭闭合的结构,根据要求在在钻孔灌注桩桩顶部设置冠冠梁,增加整体的的稳定性.根据《深基坑工程优化化设计》[11]一般冠梁高高度为,宽度为（为钻孔灌注注桩的直径）.冠梁刚度越越大,则冠梁的作作用相当于支支点的作用,对桩的受力力和变形将起起显著的作用用,因此设计时时可以适当的的将其断面加加大,配以适量的的钢筋,增加刚度。本工程设计冠梁高高度为8000mm宽为960mmm。混凝土土等级为.按以下公式式计算冠梁的的筋:式中——冠梁的配筋面积——桩按最大弯矩配筋筋时的钢筋面面积本基坑取系数为，所以根据规范规定最小小配筋率为00.2％，故故所以实配钢筋，箍箍筋采用。3.6腰梁设计计锚喷支护腰粱计算算按多跨连续梁计算算（见计算简简图）图3.5锚喷支支护腰粱计算算简图，其中,所以：计算结果得：经计算选用腰粱型型号见基坑支支护腰梁型钢钢选用表锚杆槽钢型号W()M(KN.m)跨度(m)1.522921.762[850.610.888锚杆轴向力(KN)45.534.12[1079.417.171.253.42[12.6124.226.792.369.22[14a16134.699.974.92[14b174.237.5124.293.12[16a216.646.61341002[16233.650.2162.1121.62[18a282.860.8174.5130.92[18304.465.5204.1153.12[20a35676.5219.5164.42[20382.882.3249.51872[22a435.293.6则腰梁配筋结果为为：第一层锚锚杆处腰梁的的配筋可选用用2[10，第二层锚锚杆处腰梁的的配筋可选用用2[20a。此工程中中为了安全起起见，两层锚锚杆的腰梁都都采用2[200a的槽钢,箍筋选用(AB.AD.DCC)断面的围围护结构设计计与计算4.1土钉计计算该段为基坑采用土土钉墙支护进进行施工，基基坑实际挖深10m，结构外侧侧地面附加荷荷载q取10kPa。，开挖斜面面坡取，土钉间距为1.5m。土钉垂直直倾角为150表4.1(AB.ADD.DC)侧侧基坑土层系系数表序号图层名称层厚（m）粘聚力C（）内摩擦角φ（）重度（）KaKp1杂填土5.688180.7561.3233粉质粘土3.51223180.4382.2834圆砾5.3040200.2174.65粘土1.02015200.5891.6986强风化粉砂质泥岩岩31520230.4062.4647中风化粉砂质泥岩岩52430250.3333（1）基坑深度范围内各各指标的加权权平均值为：：（2）各土钉处水平荷载载标准值分别别为：由公式，可得：（3）折减系数（4）各道土钉受拉荷载载标准值为：：由公式，可得：（5）土钉抗拉承载力设设计值为：由公式，可得：经查«土钉锚固体与土体体极限摩阻力力标准值»表取，土钉在在稳定土体内内的长度为：：根据公式，可得：：（6）土钉在直线破裂面面内的长度：：由公式，可得：(7)土钉总长度为为：取9m取12m取15m取11m取13m取8m4.2配筋计算钢筋选用HRB3335级钢筋，钢钢筋抗拉强度度设计值，土土钉钢筋为：：第1，2，6排土钉选用,钢筋筋面积，满足足；第3,4,5排土钉钉选用,钢筋面积，满满足；钢筋按构造要求取取Ⅱ级螺纹钢筋.每根土钉周周围布置Φ14横纵双向加加强筋。根据构造要求喷射射混凝土面厚厚度取100mmm,喷射混凝土土等级为C20，混凝土面面层配Ⅰ级钢筋4.3土钉稳定性性验算4.3.1土钉的的抗滑动稳定定性分析作用在墙后的滑移移合力为土体体主动土压力力:土钉墙的厚度B为为：，取4.3.2土体的的抗倾覆稳定定性验算墙体的抗倾覆弯距距为：墙底受到弯距为基坑的稳定性验算算5.1基坑的整体体抗滑稳定性性验算根据《简明深基坑坑工程设计施施工手册》[6]采用圆弧滑滑动面验算板板式支护结构构和地基的整整体稳定抗滑滑动稳定性时时，应注意支支护结构一般般有内支撑或或外拉锚杆结结构、墙面垂垂直的特点。不不同于边坡稳稳定验算的圆圆弧滑动，滑滑动面的圆心心一般在挡墙墙上方，基坑坑内侧附近。通通过试算确定定最危险的滑滑动面和最小小安全系数。考考虑内支撑或或者锚拉力的的作用时，通通常不会发生生整体稳定破破坏，因此，对对支护结构，当当设置外拉锚锚杆时可不做做基坑的整体体抗滑移稳定定性验算。5.2基坑抗倾覆覆稳定性验算算根据《建筑基坑支支护技术规程程应用手册》[11]抗倾覆安全系数如下：其中有式中——被动土压力力系数与主动动土压力系数数的比值——基坑的开挖深度——最下道支撑点到基基坑底的距离离——桩的入土深度——地面荷载，——桩长范围内土层的的重度的加强强平均值——桩长范围内土层的的内摩擦角的的加强平均值值——桩长范围内土层的的粘聚力的加加强平均值——踢脚安全系数。其其范围为1、第一阶段抗倾覆覆稳定性验算算由于，，，，，2、第二二阶段抗倾覆稳稳定性验算由于，，，，，3、第三阶段抗倾覆覆稳定性验算算：其中有：桩长范围内的所有有土层参数的的加权平均值值如下：由公式可知：由于，，，，，5.3基坑抗隆起稳定性性验算采用同时考虑c、φ的计算方法法验算抗隆起起稳定性。式中——墙体插入深度；；——基坑开挖深度；；——地面超载；——坑外地表至墙底，各各土层天然重重度的加强平平均值；——坑内开挖面以下至至墙底，各土土层天然重度度的加强平均均值；、——地基极限承载力的的计算系数；；用普郎特尔公式，、分别为：，、——为墙体底端端的土体参数数值；其中、、、参考文献[1]高大钊主主编.深基坑工程程［Ｍ］.机械工业出出版社1999[2]中国建筑筑科学研究院院主编.中华人民共共和国行业标标准.建筑基坑支支护技术规程程（JGJ1220-